含硝酸鹽混合氣溶膠與SO2非均相反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)室模擬研究.pdf

1、大氣氣溶膠對(duì)城市空氣污染、大氣環(huán)境乃至全球氣候的影響很大,它為痕量氣體如SO2,Nox,NH3,H28,CHx等提供了巨大的反應(yīng)床和儲(chǔ)存庫(kù),同時(shí)增加了通過太陽(yáng)輻射和一些復(fù)雜化學(xué)反應(yīng)而產(chǎn)生二次氣溶膠的可能性。
　　近年來,中國(guó)大陸機(jī)動(dòng)車保有量不斷增加,從而造成Nox、顆粒物、VOCs等的排放量日益增加,尤其是諸如北京、上海、廣州等特大型城市的大氣污染日益嚴(yán)重。已有研究表明,大氣中HNO3(g),NO2(g),N2O5(g),ClON

2、O2(g)等能在大氣顆粒物表面發(fā)生非均相化學(xué)反應(yīng)而生成硝酸鹽。現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)表明,世界上不同地區(qū)的海鹽及礦塵氣溶膠中都含有硝酸鹽,含硝酸鹽的海鹽又會(huì)與從干旱和半干旱地區(qū)傳輸過來的礦塵氣溶膠混合形成含硝酸鹽混合氣溶膠。硝酸鹽的存在會(huì)很大程度上改變?cè)袣馊苣z的表面性質(zhì),并影響其反應(yīng)活性。因此,研究硝酸鹽如何影響大氣SO2的非均相反應(yīng)以及含硝酸鹽氣溶膠的反應(yīng)機(jī)制意義重大。目前,大部分文獻(xiàn)是關(guān)于SO2在典型礦塵氣溶膠表面,如中國(guó)黃土、合成海鹽以及撒哈

3、拉礦塵表面發(fā)生的非均相反應(yīng),而對(duì)于硝酸鹽如何影響SO2在大氣氣溶膠表面上的非均相反應(yīng)的關(guān)注很少,迄今為止還沒有人研究過含硝酸礦塵氣溶膠與SO2發(fā)生非均相化學(xué)反應(yīng)的機(jī)制。因此,我們需要更好地理解礦塵及硝酸鹽混合氣溶膠與大氣中痕量氣體的非均相化學(xué)反應(yīng)。
　　本論文主要利用流動(dòng)態(tài)的原位傅立葉紅外漫反射光譜儀(DRIFTS)對(duì)硝酸鹽和α-Fe2O3的混合顆粒物以及真實(shí)大氣顆粒物表面與SO2的非均相反應(yīng)進(jìn)行研究,并同時(shí)比較了硝酸鹽和其他金屬

4、氧化物的混合顆粒物與SO2反應(yīng)的情況。論文主要結(jié)論如下:
　　一研究了NH4NO3和α-Fe2O3混合顆粒物與SO2的非均相反應(yīng),并同時(shí)比較了NH4NO3和其他金屬氧化物(CaO、MgO、α-Al2O3、SiO2)與SO2反應(yīng)的情況。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,NH4NO3和α-Fe2O3混合顆粒物較NH4NO3和其他金屬氧化物混合顆粒與SO2的反應(yīng)吸附系數(shù)高,表明α-Fe2O3催化能力比其他金屬氧化物強(qiáng)。利用BET面積作為反應(yīng)活性表面積,發(fā)現(xiàn)

5、含有6％NH4NO3的NH4NO3和α-Fe2O3(W/W),混合顆粒物與SO2反應(yīng)具有最高的γBET(2.42×10-9),相比純?chǔ)?Fe2O3的反應(yīng)高了近1.8倍。而純NH4NO3顆粒與SO2不發(fā)生反應(yīng),少量NH4NO3的存在在一定程度上提高了SO2在氣溶膠顆粒物表面轉(zhuǎn)化成硫酸鹽的能力。
　　二研究了不同質(zhì)量百分含量的NaNO3和α-Fe2O3混合顆粒物與SO2反應(yīng)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,SO2能在NaNO3和α-Fe2O3混合顆粒物

6、表面生成吸附的硫酸鹽并在氣相生成了N2O及HNO3氣體。純NaNO3與SO2無反應(yīng),而NaNO3和α-Fe2O3混合顆粒物與SO2反應(yīng)的BET吸附系數(shù)范圍處于3.68×10-10到3.22×10-9之間,混合顆粒物的反應(yīng)活性都比α-Fe2O3要高。60％NaNO3和αFe2O3混合顆粒物具有最高的反應(yīng)活性,反應(yīng)吸附系數(shù)是α-Fe2P3的8.7倍,NaNO3存在在很大程度上促進(jìn)了SO2在氧化鐵表面的氧化作用。
　　三研究了含其他硝酸

7、鹽(如KNO3、Ca(NO3)2等)的混合顆粒物對(duì)SO2氣-粒轉(zhuǎn)化的影響作用,KNO3使SO2在顆粒物表面轉(zhuǎn)化為硫酸鹽的量大大增加而硝酸鈣對(duì)其完全抑制,這部分內(nèi)容完善了不同含硝酸鹽氣溶膠與SO2反應(yīng)情況的研究體系。其次考慮了其他因素對(duì)含硝酸鹽氣溶膠與SO2反應(yīng)的影響作用,其中包括有機(jī)物CH3CHO、HCHO對(duì)NaNO3-α-Fe2O3混合顆粒物與SO2反應(yīng)的影響,結(jié)果表明CH3CHO、HCHO對(duì)該非均相反應(yīng)有強(qiáng)烈的抑制作用。